Стріли для баштових кранів
По конструкції розрізняють стріли, які працюють під впливом ваги вантажу на стиск і вигин.
Стріли, що працюють на стиск, виконують у вигляді прямих суцільних або складових стрижнів і застосовують при підвісці вантажу до кінця стріли. Такі стріли розраховують за деформованим станом на спільну дію поздовжніх та поперечних зусиль.
Завдяки тому, що найбільший вплив на деформації мають поперечні сили, що діють у горизонтальній площині, вже перше наближення дає досить точний результат.
Напруги, викликані поперечним навантаженням від власної ваги, зазвичай невеликі; їх можна значно знизити, якщо докласти поздовжньої сили з ексцентрицитетом.
Стріли малої довжини, що працюють на стиск, найпростіше виготовити з однієї катаної труби. Однак при збільшенні довжини та порівняно невеликих осьових навантажень застосування катаних циліндричних труб стає невигідним, так як вага надмірно зростає. Такі труби мають зайву товщину стінок і зазвичай їх переріз може бути використаний повністю лише при великих навантаженнях; крім того, сталість перерізу по довжині також призводить до обтяження конструкції. Внаслідок цього довгі трубчасті стріли вигідніше виконувати вальцьованими або штампованими.
листа, товщину якого вибирають, виходячи з необхідного за навантаженнями перерізу. При цьому кінець труби роблять циліндричним і для забезпечення необхідного загортання стріли розширюють основу.
При великій ширині підстави стріли товщину листів, що утворюють її, вибирають з умови забезпечення їх місцевої стійкості або ставлять діафрагми. Цього можна уникнути, якщо нижню частину стріли виконати із двох гілок.
Мал. 110. Схема дії навантажень на стрілу, що працює на стиск: а — суцільного перерізу ввигляді оболонки; б - з основою з двох циліндричних труб; в — із основою зі сплющених труб або спеціальних гнутих профілів
Мал. 111. Стріли трубчастого або коробчатого перерізу, що працюють на стиск: а — вертикальна площина; б - горизонтальна; в — контур у плані стріли мінімальної ваги. А - епюра вертикальних розподілених навантажень; Б - епюра моментів від вертикальних розподілених навантажень-я - епюра горизонтальних розподілених навантажень; Г-епюра моментів від горизонтальних навантажень; F - площа перерізу нижнього пояса
У цьому випадку в розрахунку потрібно враховувати, що нижня частина стріли є рамою Ч Кожна гілка може представляти собою циліндричну або сплющену трубу, овальну або прямокутну коробку, зварену з гнутих профілів.
Дві останні конструкції зручні тим, що скорочується довжина переходу від нижньої до верхньої частини стріли.
Гратчасті стріли найчастіше роблять чотирипоясними, хоча найбільш раціональні трипоясні, тому що при цьому не потрібні поперечні діафрагми, а число решіток зменшується до трьох. Однак стріли трикутного перерізу легко можна здійснити лише при використанні труб або штампованих профілів.
У торцях секцій чотирипоясних стріл передбачаються діафрагми. Для підвищення жорсткості таких стріл фірмою Лінк Белт (США) ставляться діагональні поперечні стрижні, що пов'язують усі вузли.
Бічна площина стріл, що працюють на стиск, у середній частині зазвичай роблять постійною висоти, а по кінцях звужують. При цьому для спрощення виготовлення довжина середньої частини повинна становити не менше половини всієї довжини стріли.
Для зниження ваги гратчастих стріл потрібно домагатися зменшення відношення площі перерізу розкосів до площі перерізу поясів. Оскільки переріз розкосів зазвичай визначаєтьсяграничною гнучкістю, доцільно виконувати їх із труб. Застосування труб для поясів гратчастих стріл менш ефективне, але й у цьому випадку економія у вазі становить приблизно 15%.
У ґратчастих стрілах великої довжини додаткова економія досягається завдяки тому, що при однаковій гнучкості панелі трубчастих поясів можуть мати в 2-3 рази більшу довжину, ніж панелі поясів із куточків. Через війну скорочується витрата металу на допоміжні елементи і зменшується будівельний коефіцієнт.
Подальше зниження ваги можна досягти при виборі оптимальних параметрів стріл. Дослідження залежностей ваги стиснутої стріли від її конфігурації, відношення висоти та ширини до довжини та кроку решітки, проведене ВНДІБуддормашем, призвело до наступних висновків:
1. Найбільш вигідними є стріли тригранного перерізу. 2. Найбільш вигідним є обрис тригранної стріли в плані (див. рис. 110, б). Криволінійне обрис може бути замінено двома прямими, даними пунктиром. 3. Оптимальна висота стріли, виготовленої із сталі марки Ст. 3 залежить в основному від її довжини і становить 0,035/ при I = 25 м і збільшується на 0,005/ на кожні 25 м довжини стріли. 4. Оптимальна гнучкість нижнього пояса тригранної стріли Я = 40.
Можна відзначити, що криві ваги від зазначених параметрів достатньо пологів поблизу мінімуму. При малих довжинах стріл різниця між звичайними та оптимальними конструкціями невелика.
Балочні стріли, що працюють на вигин, виконуються у вигляді чотирьох або тригранних просторових ферм. Такі стріли застосовуються у випадках, коли вони виконуються ламаними або якщо виліт змінюється за рахунок пересування вантажного візка вздовж стріли по нижньому поясу або спеціально підвішеній балці. Поперечні перерізи найбільшпоширених конструкцій стріл, що працюють на вигин, показано на рис. 112.
При використанні куточків найпростіше виконати гратчасті стріли чотирипоясними. Більш раціональні
трипоясні стріли з верхнім поясом та гратами із труб.
В обох випадках доцільно як їздові балки використовувати нижні пояси ферми. Конструкція з рис. 112, д, раніше широко поширена, здається на перший погляд дуже раціональною, так як дозволяє скоротити ширину вантажного візка та його вагу. Проте досвід показав, що під впливом поперечних навантажень двутавр легко деформується. Крім того, ці навантаження викликають кручення стріли, що було причиною багатьох поломок (рис. 113).
Мал. 112. Поперечні перерізи стріл, що працюють на вигин: а — чотирипоясна з їздою по нижньому поясу; б - чотирипоясна з їздою по підвісному двотавру; в - трипоясна з їздою по вертикально-розташованим нижнім поясам; г - те саме, з похило розташованими нижніми поясами; д - трипоясна з нижнім поясом з двотавра
У бічній площині стріли, що працюють на згинання, найчастіше мають форми, показані на рис. 114. Стріли, показані на рис. 114 а, утримуються жорсткою тягою або тросовою підвіскою. Якщо необхідно мати можливість підняти стрілу, підвіску замінюють поліспастом.
Застосування багатопроменевих вант (рис. 114 б) дозволяє знизити вагу стріли. Але така конструкція, будучи статично невизначена, надійна тільки при ретельному регулюванні натягу вант. Було багато випадків деформування таких стріл при неправильному регулюванні або нерівномірній витяжці вант.
На пропозицію І. П. Барсова стріли з багатопроменевими вантами виконуються з окремих шарнірних ланок.
Інше рішення задачі полягає в автоматичному регулюваннінатягнення вант за допомогою зрівняльного пристрою, що зміцнюється на головці вежі (рис. 115). Тут стрілу підвішено на двох вантах, прикріплених до траверси, яка одним кінцем приєднана до голівки вежі, а іншим утримується поліспастом, утвореним нерухомою гілкою вантажного каната. Хід поліспасту обмежений упорами.
При такому пристрої співвідношення натягу у вантах визначаються положенням траверси, причому натяг у ванті не може перевищувати певної величини, що визначається натягом вантажного каната та кратністю поліспасту. Підбором координат точок кріплення вант і траверси, а також відповідним вибором кратності поліспасту можна досягти бажаного розподілу зусиль у вантах.
Мал. 113. Кран зі зламаною трипоясною стрілою
Мал. 114. Стріли, що працюють на вигин: а — однопідвісна; б - багатопідвісна; в - консольна; г - план стріли з бічними вантами
Консольні стріли виконуються змінного перерізу зі змінною висотою або зі змінним перерізом поясів та розкосів (рис. 114, в). Останнє зручно при великому обсязі виробництва кранів різних типорозмірів, тому що можна, використовуючи кілька стандартних секцій, компонувати стріли різної несучої здатності.
Мал. 115. Двохвантова стріла з пристроєм для автоматичного регулювання натягу вант: 1 — вузол, обведений кружком на верхньому малюнку
При великій довжині стріли істотно впливають бічні навантаження від сил інерції та вітру. Для його зменшення було виконано стріли з бічними вантами (рис. 114, г). Додаткові ванти дещо ускладнюють монтаж крана і тому доцільно їх застосовувати головним чином у тих випадках, коли кран довгий час працює на одному місці. Для тієї ж мети основніванти виконують парними і мають у своєму розпорядженні похило, закріплюючи на розширеній головці вежі.
Стрілу, що утримується відтяжкою, розраховують на спільну дію вигину від власної ваги, ваги рухомого вантажу та стиснення осьової силою, що створюється в ній відтяжкою.
Крім того, необхідно враховувати поперечні сили від дії вітру на вантаж і на стрілу і сил інерції, що виникають при повороті стріли.
Кривизна стріли (вежі) за ГОСТом 13556-68 має перевищувати 0,001 її довжини; у місці сполучення стріли з вежею (вежі з порталом або поворотною платформою) неперпендикулярність не повинна перевищувати 0,002. Для гратчастих конструкцій кривизна елемента решітки має бути не більше 0,0013 довжини.
Для суцільних конструкцій глибина вм'ятин не повинна перевищувати половини товщини стінки, але для тонких листів вона може сягати 5 мм, тому що при меншій глибині її важко виявити.